Методы технической диагностики

Слово «диагностика» происходит от греческого «диагнозис» и означает распознавание, определение. В медицине — это определение состояния человека и выявление причин его нездоровья, а в технике — состояния объекта, выявление его неисправностей и причин. Технический объект, состояние которого исследуется, называется объектом диагностики. Завершением исследования является получение диагноза, т. е. заключения о состоянии объекта: исправен, неисправен, в объекте имеется какая-то неисправность. Неисправность в работе агрегата, узла или системы в целом является следствием возникновения дефектов в его элементах.

Техническое диагностирование это процесс определения технического состояния объекта с определённой точностью и указанием при необходимости места, вида и причины дефектов. Диагностирование осуществляется через измерение и контроль количественных значений параметров, качественных изменений признаков, а также посредством анализа и обработки результатов измерения и контроля.

Технический контроль это проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям.

Практика эксплуатации ГПС свидетельствует, что существенное снижение производительности оборудования связано с его простоями при поиске неисправностей. В связи с этим необходим не только контроль технического состояния, но и автоматическое диагностирование с поиском дефектов. Систематическое диагностирование значительно снижает трудоёмкость обнаружения дефектов и неисправностей, локализует место и причину их появления, выявляет неисправности в самом начале их возникновения и позволяет избежать аварийных ситуаций

Термин «дефект» используют для общего определения состояния объекта при таком изменении его характеристик, структуры и конструкции, которое приводит к недопустимому ухудшению выполнения основных функций или полной потере работоспособности объекта.

Термин «неисправность» отражает физическую сущность и характер проявления дефекта. Например, отказы и сбои в работе объектов связаны с мгновенным нарушением правильности функционирования, а погрешности связаны с изменяющимися во времени процессами изменения характеристики объектов.

Дефектами деталей и других элементов машин называют отклонение их от первоначально установленного качества, заданного технологическими условиями, т.е. от заданных размеров, формы, показателей физико-механических свойств, чистоты поверхности, качества смазки, окраски и т.п. Возникновение и развитие дефектов зависит от ряда факторов: несовершенства конструкции, технологии изготовления, условий эксплуатации технического объекта и т.д.

Обычно развитие дефектов и появление вследствие этого неисправностей происходит медленно и долгое время почти не отражается на его работе. Процесс медленного ухудшения показателей считается нормальным и естественным. Но при некоторых условиях дефекты возникают и развиваются очень быстро. Их количественные показатели за короткое время достигают предельных значений, и объект резко ухудшает свои параметры, а иногда становится непригодным к использованию. Основой технической диагностики является анализ различных физических процессов, происходящих в работающей машине, и их влияния на ее эксплуатационные показатели. Последние в момент времени определяются уровнем и стабильностью характеристик рабочего процесса и качеством деталей и сопряжений, обладающих определенными физическими свойствами (линейными размерами, точностью, взаимным расположением, формой, шероховатостью, волнистостью поверхности и другими геометрическими параметрами, структурой и твердостью материала и т.д.).

В истории любого технического объекта можно выделить этапы производства и эксплуатации, когда объект применяют по назначению, подвергают профилактическим проверкам, ремонту, проверкам после ремонта и т.д. На каждом этапе существования объекта для него в соответствии со служебным значением задают определенные эксплуатационные показатели, которым он должен соответствовать. Однако вследствие неисправностей это соответствие может нарушаться. Эксплуатационные показатели охватывают основные параметры объекта, характеризующие выполнение заданных функций, и второстепенные, такие, как удобство эксплуатации, внешний вид и т.п.

Объект исправен если он полностью соответствует всем эксплуатационным показателям, т. е. все его параметры, как основные, так и второстепенные, находятся в заданных пределах.

Объект работоспособен если все его основные параметры находятся в пределах заданной нормы. Выход любого параметра из пределов нормы означает неисправность.

Объект функционирует если его основные параметры, характеризующие работу в данном режиме и в данное время, не выходят за допустимые пределы.

В зависимости от полноты определения соответствия параметров объекта заданным эксплуатационным показателям различают      несколько задач диагностики:

1. Проверка исправного состояния. Цель - убедиться, что в объекте нет ни одной неисправности и ни один из параметров не выходит за заданные пределы. Это наиболее полный вид контроля. На этапе производства он позволяет узнать, содержит ли объект дефектные компоненты, а их монтаж (сборка) — ошибки. На производстве задачи проверки исправности возлагаются на отдел технического контроля. При ремонте проверка исправности позволяет убедиться, все ли дефекты устранены.

2. Проверка работоспособности. Цель — оценка способности объекта выполнять все функции, предусмотренные его алгоритмом работы. Это менее полный контроль, который может не обнаружить неисправности, не препятствующие применению объекта по назначению. Например, резервированный объект может иметь неисправности в резервных компонентах. Проверка работоспособности осуществляется на этапе эксплуатации объекта при профилактике перед применением объекта по назначению.

3. Проверка функционирования. Цель — следить за тем, не появились ли неисправности, нарушающие работу в данное время. Это еще более упрощенный контроль работы объекта только в одном режиме, который проводится на этапе эксплуатации.

Диагностику технического состояния объекта выполняют с помощью специальных технических средств.

 Процесс диагностики представляет собой многократную подачу на объект определенных воздействий (входных сигналов) и многократное измерение и анализ ответов объекта на эти воздействия (выходных сигналов). Этот процесс можно разбить на отдельные части, каждая из которых представляет собой физический эксперимент над объектом. Воздействия на объект диагностики и его реакции на эти воздействия и называют элементарной проверкой. Ответы можно снимать с основных выходов объекта и с дополнительных выходов, организованных специально для диагностики. Эти выходы называют контрольными точками.

Результат проверки, полученные при ее реализации значения ответов, т.е. сигналов в контрольных точках. Эти сигналы могут иметь различный физический характер: параметры электрических сигналов, давление, скорость, температура, мощность и др.

Очевидно, что объект, находящийся в различных технических состояниях, может выдавать разные результаты одной и той же элементарной проверки. При фиксированном составе выходов (контрольных точек) объекта элементарные проверки могут различаться между собой только воздействием. И наоборот, элементарные проверки различаются между собой только составом выходов, если зафиксировано воздействие. Проверки могут охватывать различное число элементов объекта. Различают поэлементные, групповые и глобальные проверки. Поэлементная проверка состоит в контроле каждого элемента системы в отдельности. Глобальная проверка должна охватывать все элементы.

Результатом технической диагностики являются суждения. Для формирования диагноза типа «объект исправен», «объект неисправен», «в объекте неисправен такой-то элемент» необходима обработка ответов объекта на воздействия, т. е. сигналов в контрольных точках. В простейшем случае такая обработка может заключаться в сравнении значений сигналов с допустимыми, эталонными значениями. Возможна и более сложная обработка. В простых случаях диагностики функции обработки могут быть возложены на оператора, в более сложных случаях применяют автоматизированные измерительно-вычислительные средства.

Для определения допустимых значений сигналов необходимо располагать информацией о поведении исправного (работоспособного, правильно функционирующего) объекта, а также о его поведении в неисправном состоянии. Объектами исследований в технической диагностике являются реальные технические системы. Их теоретический анализ предполагает определенную идеализацию объекта, при которой выделяют существенные свойства реальных систем и не учитывают второстепенные, т. е. реальные системы заменяют моделями. Таким образом, задачи технической диагностики заключаются в изучении объектов диагностики, построении и анализе их моделей, сборе и обработке статического материала о поведении объекта и его диагностике, разработке средств и методик технической диагностики.

Первичная локализация неисправностей может быть осуществлена методом временных интервалов при котором посредством сравнения с заданными нормами выполняется анализ простоев, контроль режимов работы. Реализуется это метод с использованием программируемых контроллеров, таймеров и т.д.

Метод эталонных модулей предусматривает сравнение расчетных и экстремально определённых численных значений показателей качества (сил, ускорений, мощности, амплитуд вибраций) с нормами технических условий.

Тестовый метод использует контрольные воздействия (тесты) и последующее сравнение ответных реакций контролируемого объекта с заранее заданным результатом. В системах управления ГПС тестовый метод становится главным при определении технического состояния объектов. Если рассматривать конкретный станок с ЧПУ, то работоспособность систем ЧПУ проверяют, как правило, по тест-программам не реже одного раза в неделю. Наиболее часто тест-программа представляет собой обычную УП, в которой предусмотрены все используемые в системе ЧПУ режимы работы. Как обычные УП, так и тест-программы строятся таким образом, чтобы рабочий орган станка в конце программы вернулся в исходную точку. Результаты проверки высвечиваются на дисплее. Указывается код обнаруженной погрешности или текстовое наименование отказа.

Метод определения предельных состояний этим методом фиксируется факт выхода объектов в несоответствующие заданной программе или в недопустимые по конкретным причинам состояния. Например, фиксируется поломка инструмента, засорение фильтров смазки и СОЖ, недостаточное усилие зажима, выход манипулятора робота в недопустимую зону.